JP2025005024A - 燃焼装置及びボイラ並びに燃焼装置の改造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減可能な燃焼装置及びボイラ並びに燃焼装置の改造方法を提供する。
【解決手段】燃焼装置は、燃焼室に空気を供給するための空気供給管と、前記空気供給管に接続され、前記空気供給管に液体アンモニアを供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管と、前記空気供給管の内部において前記空気供給管の中心線に沿って延在する内筒と、を備え、前記少なくとも１つのアンモニア供給管の各々は、前記内筒の内側の位置にて前記液体アンモニアを噴出するように構成される。
【選択図】 図２

Description

本開示は、燃焼装置及びボイラ並びに燃焼装置の改造方法に関する。

燃料としての液体アンモニアを燃焼装置に供給して燃焼させることがある。

特許文献１には、液体アンモニアを燃焼器に供給して燃焼させるガスタービンシステムが記載されている。このガスタービンシステムでは、燃焼器へ燃料を供給するための配管として内管と外管を含む二重管を採用し、内管を介して液体アンモニアを、外管を介して起動用燃料を燃焼器にそれぞれ供給するようになっている。これにより、内管を流れる液体アンモニアが外管を流れる起動用燃料によって冷却され、液体アンモニアが配管周囲の高温空気等によって燃焼器到達前に気化するのを抑制するようになっている。

国際公開第２０２２／２０２１９６号

ところで、液体アンモニアが燃焼装置の部材に付着すると、この部材に応力腐食割れ（ＳＣＣ：Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）が生じ得る。この点、特許文献１のガスタービンシステムでは、液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクが考慮されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減可能な燃焼装置及びボイラ並びに燃焼装置の改造方法を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置は、
燃焼室に空気を供給するための空気供給管と、
前記空気供給管に接続され、前記空気供給管に液体アンモニアを供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管と、
前記空気供給管の内部において前記空気供給管の中心線に沿って延在する内筒と、
を備え、
前記少なくとも１つのアンモニア供給管の各々は、前記内筒の内側の位置にて前記液体アンモニアを噴出するように構成される。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
上述の燃焼装置と、
前記燃焼装置が設けられ、前記燃焼室を形成する火炉と、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置の改造方法は、
燃焼室に空気を供給するための空気供給管を含む燃焼装置を改造するための方法であって、
液体アンモニアを供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管を前記空気供給管に接続するステップと、
前記空気供給管の内部において、かつ、前記空気供給管の中心線方向にて前記少なくとも１つのアンモニア供給管から前記液体アンモニアが供給される位置を含む領域内に、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される部位を設けるステップと、を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減可能な燃焼装置及びボイラ並びに燃焼装置の改造方法が提供される。

一実施形態に係る燃焼装置が適用されるボイラを表す概略構成図である。 一実施形態に係る燃焼装置を構成する空気供給管の中心線Ｏの方向に沿った断面図である。 図２に示す燃焼装置についての空気供給管の中心線Ｏの径方向に沿った断面図である。 図２に示す燃焼装置の部分的な拡大図である。 図２に示す燃焼装置の部分的な拡大図である。 一実施形態に係る燃焼装置を構成する空気供給管の中心線Ｏの方向に沿った断面図である。 一実施形態に係る燃焼装置を構成する空気供給管の中心線Ｏの方向に沿った断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものであり、鉛直方向は厳密ではなく誤差を含むものである。

（ボイラの構成）
図１は、幾つかの実施形態に係る燃焼装置が適用されるボイラを表す概略構成図である。

図１に示すように、一実施形態に係るボイラ１０は、固体燃料を粉砕した微粉燃料をバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能なボイラである。固体燃料としては、バイオマス燃料や石炭などが使用される。

ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置２０と燃焼ガス通路１２を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１の内壁面を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を、伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して回収すると共に、火炉壁１０１の温度上昇を抑制している。

燃焼装置２０は、火炉１１の下部領域に設置されている。本実施形態では、燃焼装置２０は、火炉壁１０１に装着された複数のバーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ（以下、一括して「バーナ２１」と記載する場合がある。）を有している。バーナ２１は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたもの（例えば、四角形の火炉１１の各コーナ部に設置された４個）を１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されたものであってもよい。なお、図１では、図示の都合上、１セットのバーナのうちの２個のみを記載し、各セットに符合２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆを付している。火炉の形状やバーナの段数、一つの段におけるバーナの数、バーナの配置などは、この実施形態に限定されるものではない。

バーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、それぞれ、複数の微粉燃料供給管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ（以下、一括して「微粉燃料供給管２２」と記載する場合がある。）を介して、複数のミル（粉砕機）３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ（以下、一括して「ミル３１」と記載する場合がある。）に連結されている。ミル３１は、例えば、内部に粉砕テーブル（図示省略）が駆動回転可能に支持されていて、粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラ（図示省略）が粉砕テーブルの回転に連動回転可能に支持されて構成されている竪型ローラミルである。粉砕ローラと粉砕テーブルが協働して粉砕された固体燃料は、ミル３１に供給される一次空気（搬送用ガス、酸化性ガス）により、ミル３１が備える分級機（図示省略）に搬送される。分級機では、バーナ２１での燃焼に適した粒径以下の微粉燃料と、該粒径より大きな粗粉燃料とに分級される。微粉燃料は、分級機を通過して、一次空気と共に微粉燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。分級機を通過しなかった粗粉燃料は、ミル３１の内部で、自重により粉砕テーブル上に落下し、再粉砕される。

バーナ２１の装着位置における火炉１１の炉外側には、風箱（エアレジスタ）２３が設けられており、この風箱２３には風道（空気ダクト）２４の一端部が連結されている。風道２４の他端部には、押込通風機（ＦＤＦ：Ｆｏｒｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）３２が連結されている。押込通風機３２から供給された空気は、風道２４に設置された空気予熱器４２で加熱され（詳細は後述する）、風箱２３を介してバーナ２１に二次空気（燃焼用空気、酸化性ガス）として供給され、火炉１１の内部に投入される。

燃焼ガス通路１２は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１２には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ（以下、一括して「過熱器１０２」と記載する場合がある。）、再熱器１０３Ａ、１０３Ｂ（以下、一括して「再熱器１０３」と記載する場合がある。）、節炭器１０４が設けられており、火炉１１で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。なお、各熱交換器の配置や形状は、図１に記載した形態に限定されない。

燃焼ガス通路１２の下流側には、熱交換器で熱回収された燃焼ガスが排出される煙道１３が連結されている。煙道１３には、風道２４との間に空気予熱器（エアヒータ）４２が設けられており、風道２４を流れる空気と、煙道１３を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、ミル３１に供給する一次空気やバーナ２１に供給する二次空気を加熱することで、水や蒸気との熱交換後の燃焼ガスから、さらに熱回収を行う。

また、煙道１３には、空気予熱器４２よりも上流側の位置に、脱硝装置４３が設けられていてもよい。脱硝装置４３は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を、煙道１３内を流通する燃焼ガスに供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元剤との反応を、脱硝装置４３内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。煙道１３の空気予熱器４２より下流側には、ガスダクト４１が連結されている。ガスダクト４１には、燃焼ガス中の灰などを除去する電気集じん機などの集じん装置４４や硫黄酸化物を除去する脱硫装置４６などの環境装置、また、それらの環境装置に排ガスを導くための誘引通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）４５が設けられている。ガスダクト４１の下流端部は、煙突４７に連結されており、環境装置で処理された燃焼ガスが、排ガスとして系外に排出される。

ボイラ１０において、複数のミル３１が駆動すると、粉砕、分級された微粉燃料が、一次空気と共に微粉燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。また、空気予熱器４２で加熱された二次空気が、風道２４から風箱２３を介してバーナ２１に供給される。バーナ２１は、微粉燃料と一次空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に、二次空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれた微粉燃料混合気が着火し、二次空気と反応することで火炎を形成する。火炉１１内の下部領域で火炎が形成され、高温の燃焼ガスが火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１２に流入する。なお、本実施形態では、酸化性ガス（一次空気、二次空気）として空気を用いるが、空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、供給される燃料量に対する酸素量の比率を適正な範囲に調整することで、火炉１１において安定した燃焼が実現される。

燃焼ガス通路１２に流入した燃焼ガスは、燃焼ガス通路１２の内部に配置された過熱器１０２、再熱器１０３、節炭器１０４で水や蒸気と熱交換した後、煙道１３に排出され、脱硝装置４３で窒素酸化物が除去され、空気予熱器４２で一次空気及び二次空気と熱交換した後、さらにガスダクト４１に排出され、集じん装置４４で灰などが除去され、脱硫装置４６で硫黄酸化物が除去された後、煙突４７から系外に排出される。なお、燃焼ガス通路１２における各熱交換器及び煙道１３からガスダクト４１における各装置の配置は、燃焼ガス流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。

上述した実施形態では、本発明のボイラを、燃料に固体燃料を使用するボイラとして説明した。ボイラに使用される固体燃料としては、石炭、バイオマス燃料、石油コークス（ＰＣ：Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｏｋｅ）燃料、石油残渣などが使用される。

なお、ボイラの燃料としては、固体燃料に限らず、重油、軽油、重質油などの石油類や工場廃液、液化アンモニアなどの液体燃料も使用することができる。また、天然ガスや各種石油ガス、製鉄プロセスなどで発生する副生ガス、水素ガス、アンモニアガスなどの気体燃料も使用することができる。

さらに、これらの各種燃料を組み合わせて使用する混焼ボイラにも適用することができる。

幾つかの実施形態に係るボイラは、アンモニアを燃料として使用するボイラである。幾つかの実施形態では、ボイラは、石炭等の微粉燃料又は油燃料等とアンモニアとを燃焼装置で混焼させることが可能な混焼ボイラであってもよい。また、幾つかの実施形態では、ボイラは、アンモニアのみを燃料として用いるアンモニア専焼ボイラであってもよい。

（燃焼装置の構成）
次に、幾つかの実施形態に係る燃焼装置について、より具体的に説明する。なお、以下においては、微粉燃料とアンモニアの混焼ボイラに適用される燃焼装置について説明するが、幾つかの実施形態に係る燃焼装置は、他のボイラや、ボイラ以外の燃焼設備に適用されてもよい。

図２、図６及び図７は、それぞれ、一実施形態に係る燃焼装置２０の一部を示す図であり、燃焼装置２０を構成する空気供給管５２の中心線Ｏの方向に沿った断面図である。図３は、図２に示す燃焼装置２０についての、空気供給管５２の中心線Ｏの径方向に沿った断面図である。

図２、図３、図６及び図７に示すように、幾つかの実施形態に係る燃焼装置２０は、火炉１１（燃焼室）に空気を供給するための空気供給管５２と、空気供給管５２に液体アンモニアを供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管５４（図６及び図７では５４Ａ－５４Ｄ）と、空気供給管５２の内部に設けられる内筒５６と、を備えている。

空気供給管５２は、例えば、上述のボイラ１０の微粉燃料供給管２２（微粉燃料とともに一次空気をバーナ２１を介して火炉１１に供給する配管）又は空気ダクト２４（二次空気をバーナ２１を介して火炉１１に供給する配管）であってもよい。

アンモニア供給管５４は、空気供給管５２に接続され、空気供給管５２の内部に液体アンモニア９０を噴出するように構成される。空気供給管５２に噴出された液体アンモニアは、空気供給管５２で気化し、空気供給管５２を流れる空気と混合されて予混合気を形成する。この予混合気が火炉１１に吹き込まれて火炉１１にて燃焼される。

アンモニア供給管５４は、空気供給管５２の中心線Ｏに沿った断面（図２参照）内にて、空気供給管５２の中心線Ｏに対して交差する方向に沿って延びるように設けられる。アンモニア供給管５４と空気供給管５２は、典型的には溶接部５８を介して接続される。

図４及び図５は、それぞれ、一実施形態に係る燃焼装置２０の一部を示す図であり、図２に示す燃焼装置２０の部分的な拡大図である。図２～図７に示すように、アンモニア供給管５４は、空気供給管５２及び内筒５６を貫通するように設けられていてもよい。また、図４及び図５に示すように、アンモニア供給管５４は、内筒５６の内側に位置し液体アンモニアを噴出するための先端部６２を有していてもよい。アンモニア供給管５４の先端部６２には、液体アンモニアを噴出するための噴射孔６４が設けられていてもよい。

図２及び図３に示すように、１つの空気供給管５２に対して１つのアンモニア供給管５４が設けられていてもよく、あるいは、図６及び図７に示すように、１つの空気供給管５２に対して複数のアンモニア供給管５４が設けられていてもよい。

内筒５６は、空気供給管５２の内部において空気供給管５２の中心線Ｏに沿って延在するように設けられる。内筒５６は、空気供給管５２の中心線方向において、空気供給管５２の延在領域のうち一部に設けられる。すなわち、該中心線方向において、内筒５６の長さは、空気供給管５２の長さよりも短い。内筒５６は、空気供給管５２の中心線Ｏの方向における両端である上流端５６Ａ及び下流端５６Ｂを有する。上流端５６Ａ及び下流端５６Ｂは、空気供給管５２における空気流れ方向における上流側の端及び下流側の端である。

図２、図３、図６及び図７に示すように、上述のアンモニア供給管５４は、内筒５６の内側の位置にて液体アンモニアを噴出するように構成される。

上述の実施形態に係る燃焼装置２０では、空気供給管５２の内部において空気供給管５２の中心線Ｏに沿って延在する内筒５６が設けられ、内筒５６の内側の位置にアンモニア供給管５４からの液体アンモニア９０が噴出される。このようにして内筒５６の内側で噴出された液体アンモニア９０は基本的にはすぐに気化され、局所的に残留した液体アンモニアの大部分も、空気とともに流れて内筒５６の下流端５６Ｂに到達するまでに気化する。このため、液体アンモニアが空気供給管５２に接触するのを抑制することができる。したがって、空気供給管５２において液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを抑制することができる。よって、上述の実施形態によれば、燃焼装置２０における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、アンモニア供給管５４は、空気供給管５２における空気流れ方向の上流側に向けて液体アンモニアを噴出するように構成されてもよい。即ち、図５に示すように、空気供給管５２の中心線Ｏに沿った断面において、アンモニア供給管５４の噴射孔６４の中心軸Ｌ１が、空気供給管５２の中心線Ｏ（図２参照）に近づくにつれて空気流れ方向の上流側に向けて傾くようになっていてもよい。

上述の実施形態によれば、アンモニア供給管５４から、空気供給管５２における空気流れ方向の上流側に向けて液体アンモニアが噴出されるので、空気供給管５２内において、空気とアンモニアとがより混合されやすくなる。よって、アンモニアを含む燃料の燃焼性がより良好となる。

なお、幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、アンモニア供給管５４は、空気供給管５２における空気流れ方向に略直交する向きに、液体アンモニアを噴出するように構成されてもよい。即ち、図５に示すように、空気供給管５２の中心線Ｏに沿った断面において、アンモニア供給管５４の噴射孔６４の中心軸Ｌ１が、空気供給管５２の中心線Ｏ（図２参照）に対して略直交していてもよい。

幾つかの実施形態では、内筒５６は、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される。

液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い上述の材料は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼を含んでいてもよい。

上述の実施形態によれば、液体アンモニアに直接接触する可能性が比較的高い内筒５６は、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成されるので、空気供給管５２のみならず、内筒においても液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを抑制することができる。また、空気供給管５２の全部を応力腐食割れ耐性が高い材料で形成する場合に比べて、コストを抑えることができる。よって、上述の実施形態によれば、燃焼装置２０における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを、コストを抑えながら、より効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、内筒５６の肉厚は、空気供給管５２の肉厚よりも薄い。

上述の実施形態によれば、内筒５６の肉厚は比較的薄いので、内筒５６において局所的な温度差が形成され難い。このため、熱応力に起因する内筒の損傷を抑制することができる。よって、燃焼装置２０に生じ得る損傷をより効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、上述したように、空気供給管５２と内筒５６とは溶接部５８を介して接続される。幾つかの実施形態では、図２及び図３に示すように、燃焼装置２０は、該溶接部５８を加熱するための加熱部６０を備える。

配管同士を接続する溶接部の近傍に温度差があると、温度差に起因する熱応力が生じ、損傷につながるおそれがある。この点、上述の実施形態によれば、空気供給管５２と内筒５６とを接続する溶接部５８を、加熱部６０によって加熱するようにしたので、溶接部５８の近傍に温度差が形成され難くなり、溶接部５８に作用する熱応力を低減することができる。よって、燃焼装置２０に生じ得る損傷をより効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、少なくとも１つのアンモニア供給管５４は、空気供給管５２の中心線Ｏ周りの周方向にて離間して設けられる複数のアンモニア供給管５４Ａ，５４Ｂを含む。なお、図６に示す例示的な実施形態では、少なくとも１つのアンモニア供給管５４は、空気供給管５２の中心線Ｏ周りに１８０度間隔で設けられる（即ち、中心線Ｏを挟んで互いに対向する）２つのアンモニア供給管５４Ａ，５４Ｂを含むが、複数のアンモニア供給管５４の数は、３以上であってもよい。

上述の実施形態によれば、複数のアンモニア供給管５４から液体アンモニアが供給されるので、１本のアンモニア供給管５４だけを設ける場合に比べて、多量の液体アンモニアを空気供給管５２に吹き込むことができる。また、周方向に離間して設けられる複数のアンモニア供給管５４から液体アンモニアが噴出されるので、空気供給管５２や内筒５６の周方向における温度差を緩和することができる。よって、空気供給管５２や内筒５６に生じる熱応力を低減しながら、燃焼装置２０における液体アンモニアの供給量を増大させることができる。

幾つかの実施形態では、たち追えば図７に示すように、少なくとも１つのアンモニア供給管５４は、空気供給管５２の中心線Ｏの方向にて離間して設けられる複数のアンモニア供給管５４Ａ，５４Ｃ及び５４Ｄを含む。なお、図７に示す例示的な実施形態では、少なくとも１つのアンモニア供給管５４は、空気供給管５２の中心線Ｏの方向に離間して設けられる３つのアンモニア供給管５４Ａ，５４Ｃ及び５４Ｄを含むが、複数のアンモニア供給管５４の数は、２であってもよく又は４以上であってもよい。

上述の実施形態によれば、複数のアンモニア供給管５４から液体アンモニアが供給されるので、１本のアンモニア供給管５４だけを設ける場合に比べて、多量の液体アンモニアを空気供給管に吹き込むことができる。よって、燃焼装置２０における液体アンモニアの供給量を増大させることができる。

（燃焼装置の改造方法）
次に、既存の燃焼装置を改造して、上述の実施形態に係る燃焼装置２０を得るための方法について説明する。

幾つかの実施形態では、燃焼室（火炉１１等）に空気を供給するための空気供給管５２を含むも燃焼装置が改造対象である。幾つかの実施形態では、燃焼装置の改造方法は、液体アンモニアを空気供給管５２に供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管５４を空気供給管５２に接続するステップと、空気供給管５２の内部において、かつ、空気供給管５２の中心線Ｏ方向にて少なくとも１つのアンモニア供給管５４から液体アンモニアが供給される位置を含む領域内に、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される部位（高耐性部位）を設けるステップと、を備える。

上述の実施形態に係る方法では、空気供給管５２の内部において、かつ、空気供給管５２の中心線Ｏ方向にて少なくとも１つのアンモニア供給管５４から液体アンモニアが供給される位置を含む領域内に、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される部位を設ける。したがって、空気供給管５２内において、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が比較的高い部位（以下、高耐性部位）に液体アンモニアが噴出される。このようにして空気供給管５２内に噴出された液体アンモニアは基本的にはすぐに気化され、局所的に残留した液体アンモニアの大部分も、空気とともに流れて、上述の高耐性部位の下流端に到達するまでに気化する。このため、空気供給管５２のうち、高耐性部位ではない部分（応力腐食割れ耐性が比較的低い部位）に液体アンモニアが接触するのを抑制することができる。したがって、空気供給管５２において液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを抑制することができる。よって、上述の実施形態に係る方法によれば、燃焼装置２０における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減することができる。

なお、上述のアンモニア供給管５４を空気供給管５２に接続するステップと、高耐性部位を設けるステップの順番は、どちらを先に行ってもよい。

液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い上述の材料は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼を含んでいてもよい。

一実施形態では、上述の高耐性部位を設けるステップでは、内筒５６が空気供給管５２の内部において空気供給管５２の中心線Ｏに沿って延在するように、かつ、アンモニア供給管５４の先端部６２（図４及び図５参照）が内筒５６の内側に位置するように、内筒５６を設置する。このようにして、例えば、図２～図７に示されるような燃焼装置を得ることができる。

あるいは、特に図示しないが、一実施形態では、上述の高耐性部位を設けるステップでは、空気供給管５２のうち、空気供給管５２の中心線Ｏの方向においてアンモニア供給管５４の設置位置を含む領域内にある一部を、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料で形成された管部材に交換する。

上述のステップでは、空気供給管５２の交換対象部分（上述の管部材）と、交換非対象部分とを、ドレッサージョイント、フランジ、又は溶接等で接続してもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置（２０）は、
燃焼室（例えば火炉１１）に空気を供給するための空気供給管（５２）と、
前記空気供給管に接続され、前記空気供給管に液体アンモニアを供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管（５４）と、
前記空気供給管の内部において前記空気供給管の中心線に沿って延在する内筒（５６）と、
を備え、
前記少なくとも１つのアンモニア供給管の各々は、前記内筒の内側の位置にて前記液体アンモニアを噴出するように構成される。

上記［１］の構成では、空気供給管の内部において空気供給管の中心に沿って延在する内筒が設けられ、内筒の内側の位置にアンモニア供給管からの液体アンモニアが噴出される。このようにして内筒の内側で噴出された液体アンモニアは基本的にはすぐに気化され、局所的に残留した液体アンモニアの大部分も、空気とともに流れて内筒の下流端に到達するまでに気化する。このため、液体アンモニアが空気供給管に接触するのを抑制することができる。したがって、空気供給管において液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを抑制することができる。よって、上記［１］の構成によれば、燃焼装置における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減することができる。

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］の構成において、
前記少なくとも１つのアンモニア供給管の各々は、前記空気供給管及び前記内筒を貫通するように設けられるとともに、前記内筒の内側に位置し前記液体アンモニアを噴出するための先端部（６２）を有する。

上記［２］の構成では、少なくとも１つのアンモニア供給管の各々は、空気供給管及び内筒を貫通するように設けられ、内筒の内側に位置するアンモニア供給管の先端部から液体アンモニアが噴出される。このため、上記［１］で述べたように、液体アンモニアが空気供給管に接触するのを抑制することができる。よって、空気供給管において液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを抑制することができる。

［３］幾つかの実施形態では、上記［１］又は［２］の構成において、
前記内筒は、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される。

上記［３］の構成によれば、液体アンモニアに直接接触する可能性が比較的高い内筒は、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成されるので、空気供給管のみならず、内筒においても液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを抑制することができる。よって、上記［３］の構成によれば、燃焼装置における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクをより効果的に低減することができる。

［４］幾つかの実施形態では、上記［３］の構成において、
前記材料は、オーステナイト系ステンレス鋼を含む。

上記［４］の構成によれば、液体アンモニアに直接接触する可能性が比較的高い内筒は、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が高いオーステナイト系ステンレス鋼を含む材料から形成されるので、内筒において液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを効果的に抑制することができる。

［５］幾つかの実施形態では、上記［１］乃至［４］の何れかの構成において、
前記内筒の肉厚は、前記空気供給管の肉厚よりも薄い。

上記［５］の構成によれば、内筒の肉厚は比較的薄いので、内筒において局所的な温度差が形成され難い。このため、熱応力に起因する内筒の損傷を抑制することができる。よって、燃焼装置に生じ得る損傷をより効果的に抑制することができる。

［６］幾つかの実施形態では、上記［１］乃至［５］の何れかの構成において、
前記空気供給管と前記内筒とは溶接部（５８）を介して接続され、
前記燃焼装置は、
前記溶接部を加熱するための加熱部（６０）を備える。

配管同士を接続する溶接部の近傍に温度差があると、温度差に起因する熱応力が生じ、損傷につながるおそれがある。上記［６］の構成によれば、空気供給管と内筒とを接続する溶接部を、加熱部によって加熱するようにしたので、溶接部の近傍に温度差が形成され難くなり、溶接部に作用する熱応力を低減することができる。よって、燃焼装置に生じ得る損傷をより効果的に抑制することができる。

［７］幾つかの実施形態では、上記［１］乃至［６］の何れかの構成において、
前記少なくとも１つのアンモニア供給管は、前記空気供給管における空気流れ方向の上流側に向けて前記液体アンモニアを噴出するように構成される。

上記［７］の構成によれば、アンモニア供給管から、空気供給管における空気流れ方向の上流側に向けて液体アンモニアが噴出されるので、空気供給管内において、空気とアンモニアがより混合されやすくなる。よって、アンモニアを含む燃料の燃焼性がより良好となる。

［８］幾つかの実施形態では、上記［１］乃至［７］の何れかの構成において、
前記少なくとも１つのアンモニア供給管は、前記中心線周りの周方向にて離間して設けられる複数のアンモニア供給管を含む。

上記［８］の構成によれば、複数のアンモニア供給管から液体アンモニアが供給されるので、１本のアンモニア供給管だけを設ける場合に比べて、多量の液体アンモニアを空気供給管に吹き込むことができる。また、周方向に離間して設けられる複数のアンモニア供給管から液体アンモニアが噴出されるので、空気供給管や内筒の周方向における温度差を緩和することができる。よって、空気供給管や内筒に生じる熱応力を低減しながら、燃焼装置における液体アンモニアの供給量を増大させることができる。

［９］幾つかの実施形態では、上記［１］乃至［８］の何れかの構成において、
前記少なくとも１つのアンモニア供給管は、前記中心線の方向にて離間して設けられる複数のアンモニア供給管を含む。

上記［９］の構成によれば、複数のアンモニア供給管から液体アンモニアが供給されるので、１本のアンモニア供給管だけを設ける場合に比べて、多量の液体アンモニアを空気供給管に吹き込むことができる。よって、燃焼装置における液体アンモニアの供給量を増大させることができる。

［１０］本発明の少なくとも一実施形態に係るボイラ（１０）は、
上記［１］乃至［９］の何れかに記載の燃焼装置（２０）と、
前記燃焼装置が設けられ、前記燃焼室を形成する火炉（１１）と、
を備える。

上記［１０］の構成では、空気供給管の内部において空気供給管の中心に沿って延在する内筒が設けられ、内筒の内側の位置にアンモニア供給管からの液体アンモニアが噴出される。このようにして内筒の内側で噴出された液体アンモニアは基本的にはすぐに気化され、局所的に残留した液体アンモニアの大部分も、空気とともに流れて内筒の下流端に到達するまでに気化する。このため、液体アンモニアが空気供給管に接触するのを抑制することができる。したがって、空気供給管において液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを抑制することができる。よって、上記［１０］の構成によれば、燃焼装置における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減することができる。

［１１］本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置の改造方法は、
燃焼室に空気を供給するための空気供給管を含む燃焼装置を改造するための方法であって、
液体アンモニアを供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管を前記空気供給管に接続するステップと、
前記空気供給管の内部において、かつ、前記空気供給管の中心線方向にて前記少なくとも１つのアンモニア供給管から前記液体アンモニアが供給される位置を含む領域内に、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される部位を設けるステップと、を備える。

上記［１１］の方法では、空気供給管の内部において、かつ、空気供給管の中心線方向にて少なくとも１つのアンモニア供給管から液体アンモニアが供給される位置を含む領域内に、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される部位を設ける。したがって、空気供給管内において、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が比較的高い部位（以下、高耐性部位）に液体アンモニアが噴出される。このようにして空気供給管内に噴出された液体アンモニアは基本的にはすぐに気化され、局所的に残留した液体アンモニアの大部分も、空気とともに流れて、上述の高耐性部位の下流端に到達するまでに気化する。このため、空気供給管のうち、高耐性部位ではない部分（応力腐食割れ耐性が比較的低い部位）に液体アンモニアが接触するのを抑制することができる。したがって、空気供給管において液体アンモニアとの接触に起因する応力腐食割れが生じるのを抑制することができる。よって、上記［１１］の方法によれば、燃焼装置における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減することができる。

［１２］幾つかの実施形態では、上記［１１］の方法において、
前記部位は、前記材料から形成される内筒を含み、
前記部位を設けるステップでは、前記内筒が前記空気供給管の内部において前記空気供給管の中心線に沿って延在するように、かつ、前記少なくとも１つのアンモニア供給管の先端部が前記内筒の内側に位置するように、前記内筒を設置する。

上記［１２］の方法では、上述の高耐性部位として、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が比較的高い材料から形成された内筒が設けられる。この内筒は、空気供給管の内部において給気供給管の中心線に沿って延在するように、かつ、内筒の内側にアンモニア供給管からの液体アンモニアが噴出されるように設置される。よって、上記［１１］で述べたように、燃焼装置における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減することができる。

［１３］幾つかの実施形態では、上記［１１］の方法において、
前記部位を設けるステップでは、前記空気供給管のうち、前記空気供給管の中心線の方向において前記アンモニア供給管の設置位置を含む領域内にある一部を、前記材料で形成された管部材に交換する。

上記［１３］の方法では、空気供給管のうち、該空気供給管の中心線の方向においてアンモニア供給管の設置位置を含む領域内にある一部を、上述の材料で形成された管部材に交換することで、上述の高耐性部位を形成する。よって、上記［１１］で述べたように、燃焼装置における液体アンモニアによる応力腐食割れのリスクを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１０ ボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼ガス通路
１３ 煙道
２０ 燃焼装置
２１（２１Ａ－２１Ｆ） バーナ
２２（２２Ａ－２２Ｆ） 微粉燃料供給管
２３ 風箱
２４ 空気ダクト（風道）
３１ ミル
３２ 押込通風機
４１ ガスダクト
４２ 空気予熱器
４３ 脱硝装置
４４ 装置
４６ 脱硫装置
４７ 煙突
５２ 空気供給管
５４（５４Ａ－５４Ｄ） アンモニア供給管
５６ 内筒
５６Ａ 上流端
５６Ｂ 下流端
５８ 溶接部
６０ 加熱部
６２ 先端部
６４ 噴射孔
９０ 液体アンモニア
１０１ 火炉壁
１０２ 過熱器
１０２Ａ 過熱器
１０２Ｂ 過熱器
１０２Ｃ 過熱器
１０３ 再熱器
１０３Ａ 再熱器
１０３Ｂ 再熱器
１０４ 節炭器
Ｌ１ アンモニア供給管の中心軸
Ｏ 空気供給管の中心線

Claims (13)

1. 燃焼室に空気を供給するための空気供給管と、
   前記空気供給管に接続され、前記空気供給管に液体アンモニアを供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管と、
   前記空気供給管の内部において前記空気供給管の中心線に沿って延在する内筒と、
   を備え、
   前記少なくとも１つのアンモニア供給管の各々は、前記内筒の内側の位置にて前記液体アンモニアを噴出するように構成された
   燃焼装置。
2. 前記少なくとも１つのアンモニア供給管の各々は、前記空気供給管及び前記内筒を貫通するように設けられるとともに、前記内筒の内側に位置し前記液体アンモニアを噴出するための先端部を有する
   請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記内筒は、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される
   請求項１又は２に記載の燃焼装置。
4. 前記材料は、オーステナイト系ステンレス鋼を含む
   請求項３に記載の燃焼装置。
5. 前記内筒の肉厚は、前記空気供給管の肉厚よりも薄い
   請求項１又は２に記載の燃焼装置。
6. 前記空気供給管と前記内筒とは溶接部を介して接続され、
   前記溶接部を加熱するための加熱部を備える
   請求項１又は２に記載の燃焼装置。
7. 前記少なくとも１つのアンモニア供給管は、前記空気供給管における空気流れ方向の上流側に向けて前記液体アンモニアを噴出するように構成される
   請求項１又は２に記載の燃焼装置。
8. 前記少なくとも１つのアンモニア供給管は、前記中心線周りの周方向にて離間して設けられる複数のアンモニア供給管を含む
   請求項１又は２に記載の燃焼装置。
9. 前記少なくとも１つのアンモニア供給管は、前記中心線の方向にて離間して設けられる複数のアンモニア供給管を含む
   請求項１又は２に記載の燃焼装置。
10. 請求項１又は２に記載の燃焼装置と、
    前記燃焼装置が設けられ、前記燃焼室を形成する火炉と、
    を備えるボイラ。
11. 燃焼室に空気を供給するための空気供給管を含む燃焼装置を改造するための方法であって、
    液体アンモニアを供給するための少なくとも１つのアンモニア供給管を前記空気供給管に接続するステップと、
    前記空気供給管の内部において、かつ、前記空気供給管の中心線方向にて前記少なくとも１つのアンモニア供給管から前記液体アンモニアが供給される位置を含む領域内に、液体アンモニアに対する応力腐食割れ耐性が炭素鋼に比べて高い材料から形成される部位を設けるステップと、を備える
    燃焼装置の改造方法。
12. 前記部位は、前記材料から形成される内筒を含み、
    前記部位を設けるステップでは、前記内筒が前記空気供給管の内部において前記空気供給管の中心線に沿って延在するように、かつ、前記少なくとも１つのアンモニア供給管の先端部が前記内筒の内側に位置するように、前記内筒を設置する
    請求項１１に記載の燃焼装置の改造方法。
13. 前記部位を設けるステップでは、前記空気供給管のうち、前記空気供給管の中心線の方向において前記アンモニア供給管の設置位置を含む領域内にある一部を、前記材料で形成された管部材に交換する
    請求項１１に記載の燃焼装置の改造方法。

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